trituracion metodologia (1)
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Trituración
El corte de los residuos plásticos es el que está más ampliamente desarrollado. Sin
embargo, las posibilidades dependen en gran medida de lo elevada que séala
proporción de un tipo especial de plástico en la recolección de residuos. La trituración
de los residuos de producción está muy extendida. Tiene lugar en los propios lugares
de producción o a través de empresas especializadas en la trituración. Como los
residuos se recogen ya clasificados y sin contaminación, solo es necesario triturarlos
para obtener material nuevo apto para transformarlo.
Definición del Proceso
El proceso por el cual, partiendo de envases de PET, llegamos a obtener hojuelas,
es el de trituración. Para ello planteamos que el diseño tenga:
Sistema de carga
Sistema de trituración.
Sistema de descarga.
Sistema de almacenamiento si fuese posible.
Descripción del Proceso
Separación
La separación se la puede efectuar por métodos manuales y por sistemas
automatizados. Los métodos de separación pueden ser clasificados en separación
macro y macromolecular.
Macro separación
Se la realiza sobre el producto completo usando el reconocimiento óptico del color o
de la forma, también se la efectuar por la codificación de números. La separación
manual se incluye dentro de esta categoría.
Micro separación
Puede hacerse por una separación física basada en el tamaño, peso, densidad, etc.
Separación molecular
Es el proceso del plástico por disolución del mismo. Los disolventes más eficaces
son aquellos cuya composición química es similar a la del plástico a disolver. Y luego
separar los plásticos basados en la temperatura.
Limpieza
Los plásticos separados están generalmente contaminados concomida, papel,
piedras, polvo, pegamentos, etc. De ahí que tienen que ser primero limpiados para
ser cortado, y luego lavar este material triturado en un baño con detergente.
Secado
Posterior al ciclo de lavado sigue un proceso de secado el cual debe eliminar el
remanente de humedad del material, para que pueda ser comercializado y
posteriormente procesado.
Pueden usarse secadores centrifugados, es decir tambores especialmente diseñados
para extraer la humedad por las paredes externas del equipo.
O también pueden utilizarse secadores de aire, ya sea caliente o frío, que circulando
entre el material molido, eliminen la humedad hasta límites permisibles.
Por lo que todos esto procesos son costosos, por lo cual planteamos el uso de
energía solar para el secado de nuestro producto, mediante el uso de un secador
solar.
Peletizado
El material limpio y seco puede ser vendido o puede convertirse en pellet, para esto
el granulado debe fundirse y pasarse a través de un tubo para
Tomar la forma de espagueti al enfriarse en un baño de agua, una vez frio es cortado
en pedacitos llamados pellets.
Importancia del triturado
No toda la producción de productos plásticos en la industria dedicados a la
fabricación de muchos artículos, que tienen como base principal el plástico, ocupan
el mercado. La mayoría de artículos nuevos cruzan por algunos problemas de
calidad siendo los más importantes y los que afectan en su aspecto y calidad.
Desigualdad de espesor del material en las paredes que los forman.
Mala formación en el instante de ser termo-formados.
No todos tienen las mismas características físicas y buena apariencia. Por estas
razones las empresas productoras de artículos plásticos o que se dedican al reciclaje
de los mismos, recurren a dar una solución a este problema de desperdicio de
materia prima.
Han optado por volver a reprocesarlo triturándolo o moliéndolo para que este material
vuelva a ser utilizado como base principal para la fabricación de otros nuevos
productos, que de acuerdo a controles de calidad ocuparan el mercado consumista.
La labor de los trituradores o molinos para plástico es el de cortar el material en
pequeñas partículas que facilitan el manejo y la fundición del mismo, ya que un
desecho plástico ocupa gran volumen, menos maniobrabilidad, mayor cantidad de
energía para volver a fundirlo, mayor tiempo para fundirse completamente. El plástico
triturado ofrece o proporciona algunas ventajas a las empresas y la sociedad, tales
como:
En las empresas.
Reducción de espacios en la planta.
Reaprovechamiento del material desperdiciado.
Reducción de gastos en materia prima.
En la sociedad.
Nuevas fuentes de trabajo.
Abaratamiento de materia prima.
Menos contaminación para el medio ambiente.
Reaprovechamiento de recursos. En la actualidad existen diferentes tipos de
molinos trituradores, que las industrias han optado para reprocesar el desecho
interno o externo. La mayoría de los trituradores funcionan con cuchillas de corte,
siendo similares en su función principal, diferenciándose únicamente entre ellos por
la capacidad de corte y en algunos casos especiales por el tipo de material a triturar.
Generalidades
La molienda del Polietileno de Tereftalato (PET) se realiza dentro de un molino de
cuchillas giratorias, las cuales tienen como función triturar las botellas hasta
convertirlas en hojuelas con dimensiones específicas, dichas cuchillas están unidas a
unos portacuchillas; los portacuchillas están unidos a un eje rotatorio por medio de
cuñas colocado sobre un par de chumaceras; en un extremo del eje está acoplado
un volante de inercia, el cual tiene como función almacenar energía para moderar las
fluctuaciones de la velocidad a la que gira el eje cuando se esté triturando el PET, y
por el otro extremo del eje está unida una polea que es parte del sistema de
transmisión de potencia.
Para determinar la capacidad del molino se debe tomar en cuenta la cantidad de
plástico que se quiere triturar, la velocidad con la que el material será alimentado y
cómo el material será transportado después de obtenido. Todos estos factores
ayudan a determinar el tamaño apropiado de la trituradora, el sistema de
alimentación, la cámara de molienda, la disposición del rotor y las cuchillas, la
velocidad de giro del rotor, la potencia del motor, la configuración de la criba y el
sistema de extracción del material molido.
También es necesario conocer
apropiadamente las
características del material que
se pretende moler, ya que en
base a estas características se determinará el material de la cuchilla y sus
respectivas dimensiones.
El molino está constituido por una tolva en la parte superior, la cual posicionará el
PET directamente al sistema de trituración. Para obtener las dimensiones exactas de
las hojuelas de PET es necesario incluir al sistema una criba; la criba es un
componente fundamental para la trituradora porque ésta es la que determina las
dimensiones de las hojuelas que resultarán del proceso de molienda.
La potencia del equipo se determinó
tomando en cuenta la velocidad de
alimentación de PET a la cámara de
molienda y en la inercia de cada uno
de los componentes del sistema
(considerando que la inercia es la
energía que adquiere el eje, los
portacuchillas, la polea y el volante de
inercia cuando se encuentran en
movimiento). Para transmitir dicha
potencia generada por el motor
eléctrico se ha calculado la transmisión
de potencia por medio de bandas.
PARÁMETROS DE DISEÑO
En el proceso del diseño de la máquina, es importante el conocimiento de los
materiales que va a utilizar, por cuanto posibilita seleccionar o especificar la máquina
idónea para realizar el trabajo con la finalidad de diseñar el modelo más conveniente
para su construcción tomando en cuenta los siguientes criterios y necesidades de los
operarios.
Costo de fabricación.
Seguridad de operación.
Costo de afilado de las cuchillas.
Facilidad de mantenimiento.
Cumplir con la necesidad del cliente.
Aspecto de la máquina.
Funcionalidad.
Ergonomía de la máquina.
Consumo de energía.
El objetivo primordial para realizar esta máquina es el de poder facilitar a las
personas su adquisición y a su vez dar mayor facilidad de mantenimiento. Para
obtener como elección única la máquina que se desea diseñar y construir, enseguida
se efectúa un análisis de acuerdo a los factores que difieren para la respectiva
calificación.
COSTO DE FABRICACIÓN
Para obtener un precio de aceptación en el mercado local, es decir que el costo de la
máquina no sea elevado y debe estar acorde con la economía del país, se debe
utilizar todas las normas y técnicas de mano de obra existente en nuestro país como
son: técnicas de soldadura, torneado, fresado, tratamientos de aceros y la respectiva
utilización de materiales e insumos que se pueden encontrar en el mercado local por
medio de la selección de catálogos. También se debe considerar la calidad de
fabricación que consiste en controlar después de cada proceso de fabricación la
calidad para evitar problemas post-ensamblaje y pérdidas de tiempo en el armado
final.
SEGURIDAD DE OPERACIÓN
Las normas de uso establecen que cuando una máquina esté en funcionamiento no
debe apoyarse o introducir las manos dentro de ella. Entonces; acatando como regla
principal de seguridad, la máquina cuando esté en funcionamiento y en contacto con
el operador esta no debe ocasionar daño o riesgo al mismo con partes móviles y si
las tiene deben estar completamente protegidas para que el operador no tenga
contacto directo.
FACILIDAD DE MANTENIMIENTO
Al considerar el diseño se debe garantizar un manual de mantenimiento en la que
todos los repuestos y accesorios sean de fácil reemplazo y adquisición en el
mercado, ya que esto influye directamente en la vida útil y costo de la máquina. Para
su respectivo engrase de rodamientos se debe recomendar en lo posible grasas que
existan en el mercado.
En el instante de que la máquina necesite de ciertas partes que tiendan a
desgastarse debe prestar toda la facilidad para el cambio y uso de herramientas
existentes en el mercado.
ASPECTO DE LA MÁQUINA. Es muy importante, ya que su estética y acabado de
construcción influye para su aceptación en el mercado local.
ERGONOMÍA DE LA MÁQUINA
El objetivo de este ámbito son los consumidores, usuarios y las características del
contexto en el cual el producto es usado. El estudio de los factores ergonómicos en
los productos, busca crear o adaptar productos y elementos de uso cotidiano o
específico de manera que se adapten a las características de las personas que los
van a usar. Es decir la ergonomía es transversal, pero no a todos los productos, sino
a los usuarios de dicho producto.
El diseño ergonómico de productos trata de buscar que éstos sean: eficientes en su
uso, seguros, que contribuyan a mejorar la productividad sin generar patologías en
las personas, que en la configuración de su forma indiquen su modo de uso, etc.
El diseño ergonómico del puesto de trabajo debe tener en cuenta las características
antropométricas de la población, la adaptación del espacio, las posturas de trabajo,
el espacio libre, la interferencia de las partes del cuerpo, el campo visual, la fuerza
del trabajador y el estrés biomecánico, entre otros aspectos. Los aspectos
organizativos de la tarea también son tomados en cuenta.
Considerando el contexto sobre ergonomía para el diseño o fabricación de un
producto o máquina se establece la altura del molino triturador de botellas plásticas.
La respectiva altura es obtenida con las estaturas más comunes en nuestro medio
laboral, para luego efectuar una media aritmética y así obtener la altura que permita
la adecuada operación; Por el operario sin producirle ningún tipo de molestias o
lesiones.
El promedio de estaturas es igual a un metro con sesenta y ocho centímetros, si se
considera que la altura ideal de trabajo de un hombre en pie de esta estatura es el
nivel del codo flexionado se establece que la altura del molino debe ser entre90 y
100 centímetros para una mejor operación laboral.
FUNCIONALIDAD
La máquina tendrá un alto grado de seguridad en su maniobrabilidad y funcionalidad,
debido al riesgo que puede sufrir el operador, si no tiene el debido cuidado, por lo
tanto se debe dar a conocer al usuario las normas de uso del mecanismo para que
se pueda establecer que sea fiable y digna de confianza en el instante de ser
operada. Además se debe tener en cuenta la capacidad de trabajo, para no exceder
en rangos mayores o menores para la cual está diseñado el molino triturador, y debe
ser utilizada específicamente para el trabajo indicado.
Clasificación de las especificaciones
Se deben de tener claras las especificaciones sobre el proceso que se quiere diseñar
y estos son los aspectos que se deben determinar para el proceso.
Variables de entrada:
Botellas PET con tapa, etiqueta (papel o PEAD).
Tamaño mínimo de envase: 500 cm3.
Tamaño máximo de envase: 3000 cm3.
Posibilidad de recibir botellas aplastadas.
Variables de salida:
Obtención de hojuelas o flakes de ½” o menor.
Las hojuelas pueden contener impurezas de otros plásticos y papel.
Planteo y Análisis de Datos
Producción horaria
Tiempo máximo de ciclo por botella
Dimensiones máximas
Obtención de hojuelas de ½” o menos.
Capacidad de almacenamiento mínimo
Tamaño mínimo de envase
Tamaño máximo de envase
Emisión sonora máxima
Auto limpiante.
PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS
En la actualidad existen diferentes tipos de molinos trituradores para plástico, que
van clasificados por su diseño, funcionamiento, de acuerdo al tipo de material a
triturar y capacidad de producción del material cortado. Para la elaboración del
presente proyecto se expone tres tipos de trituradores que son considerados los más
sencillos, comunes, económicos y similares en sus características técnicas, para la
trituración de plástico.
Triturador de 2 cuchillas giratorias y 2 cuchillas fijas.
Triturador de 3 cuchillas giratorias y 2 cuchillas fijas.
Triturador de 6 cuchillas giratorias y 2 cuchillas fijas.
ALTERNATIVA 1
(Triturador con un eje rotor de 2 aletas con 2 cuchillas giratorias y dos
cuchillas fijas).
Para el presente estudio se designa como la alternativa 1 a: El molino triturador de
dos cuchillas giratorias y dos cuchillas fijas.
Triturador con un eje rotor de 2 aletas con 2 cuchillas giratorias y dos cuchillas fijas.
Este tipo de molino o triturador está compuesto por un eje porta cuchillas que tiene
dos aletas, que ayudan al arrastre del material para ser triturado. En los extremos del
eje se encuentran las cuchillas móviles que son sujetas por medio de pernos. Está
fabricado en acero. En la cámara de trituración se ubican las cuchillas fijas que van
empernadas en la parte frontal y posterior, también se encuentran los orificios para la
fijación de los rodamientos de pared que sujetan al eje rotor de una manera flotante.
Mientras que en la parte inferior se encuentra el tamiz o malla de sernimiento. Está
construida en acero con perforaciones que facilitan el desalojo del material cortado.
La estructura o cuerpo está hecho de acero en donde se monta el motor eléctrico
para su accionamiento. Tiene una producción de 10 kg / h
Ventajas.
Fácil mantenimiento.
Facilidad en su transportación.
Seguridad de accidentes para el operador.
Bajo consumo de energía para su funcionamiento.
Facilidad de operación.
Bajo costo de mantenimiento en el afilado de las cuchillas.
Facilidad de adquisición de las cuchillas de corte en el mercado local
Desventajas.
Produce ruido durante la acción de corte o triturado de plástico.
Dificultad en la construcción del eje rotor.
ALTERNATIVA 2
(Triturador con un eje rotor cilíndrico con 2 cuchillas giratorias y dos cuchillas
fijas).
El eje rotor de este tipo de triturador es de forma cilíndrica; Las cuchillas móviles se
insertan en una ranura y son asegurados con tres prisioneros. Su fabricación se la
realiza por medio de mecanizado y arranque de viruta, está fabricado en acero. La
cámara de molienda está fabricada con placas de acero de un cuarto de espesor,
Además la cámara de molienda forma parte del cuerpo o estructura del molino.
Dentro de la cámara se encuentran las cuchillas fijas que son dos. El tamiz es la
placa de cernido, posee perforaciones en toda el área y permite la evacuación del
material cortado está sujeto por medio de pernos a la cámara de trituración.
El motor eléctrico está colocado con pernos a un costado de la estructura que es de
acero electro soldado. Tiene una capacidad de producción de 10 kg / h.
Ventajas
Bajo costo de fabricación.
Facilidad de operación.
Por su simplicidad es de fácil y económico mantenimiento.
Seguridad de accidentes para el operador en el instante de su funcionamiento.
Facilidad y comodidad para el operador en el instante de alimentar la tolva.
Desventajas
En el instante de cambio de cuchillas se debe retirar la tolva.
Produce ruido durante la acción de corte o triturado de plástico.
Dificultad de conseguir en el mercado local las cuchillas de corte.
ALTERNATIVA 3
(Triturador con rodillos de prensado, con un eje rotor cilíndrico con 2 cuchillas
giratorias y 2 cuchillas fijas).
Este tipo de triturador está construido en dos partes:
La tolva, los rodillos de prensado, la cámara de trituración, el eje portacuchillas y las
cuchillas fijas forman un solo cuerpo.
Mientras que el tamiz, el apoyo del motor eléctrico y el orificio de descargase
encuentran formando la base. El eje porta cuchillas es de forma circular cada 180
grados se insertan las cuchillas para el corte del material, está construido en acero
mecanizado por arranque de viruta.
Los rodillos de prensado poseen revoluciones de giro de transmisión mucho menor
que el eje rotor y los dos mecanismos reciben el movimiento del motor eléctrico. La
cámara está elaborada en hierro fundido donde se colocan las cuchillas fijas por
medio de pernos. La base que contiene el motor eléctrico, y sostiene el tamiz que
está construido en acero electro soldado. Este tipo de triturador tiene una capacidad
de producción de 10 kg / h.
Ventajas.
El material a triturar es prensado por la misma máquina.
Facilidad de operación por parte del operador.
Seguridad de operación para el operador durante su funcionamiento.
Desventajas.
Elevado costo para su fabricación.
Mayor peso, por lo cual dificulta su transportación.
Alto costo de mantenimiento.
Produce ruido durante la acción de corte o triturado de plástico.
SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA MÁS VIABLE
Se realiza la comparación de los parámetros de diseño, los mismos que multiplicados
por un factor de ponderación, ayudan a obtener un resultado real de los parámetros
que influyen para la elección del triturador más adecuado, entre las tres alternativas.
El valor de los factores de ponderación se califica de acuerdo a la importancia de
cada uno de los parámetros, resultados obtenidos por encuestas.
Parametros Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3Costo de fabricaciónFacilidad de operación.Seguridad de operación.Costo de afilado de las cuchillas.Facilidad de mantenimiento.Aspecto de la máquina.Capacidad de producción.Consumo de energía para su funcionamiento.
Al analizar cada parámetro que interviene en la calificación para la selección de la
alternativa más viable, se considera los aspectos económicos, tiempo, estética,
producción y seguridad. Siendo el más alto el que mayores beneficios y ventajas
proporcione sobre cada una de las alternativas propuestas. La evaluación numérica
anterior que se da a cada factor que interviene en la calificación de las alternativas se
considera con los puntajes de:
10 puntos ---------- Mayor beneficio o mayor ventaja.
9 puntos ---------- Beneficio medio o ventaja media.
8 puntos ---------- Bajo beneficio o baja ventaja.
Siendo la sumatoria de los puntajes el valor más alto el que otorgue mayor ventaja
para la elección de la alternativa más viable. Donde se aplicarán las condiciones y
necesidades básicas del diseño.
CONCLUSIÓN DE LA EVALUACIÓN.
Después de haber efectuado el análisis, se procede a la selección de la mejor
alternativa, obteniendo como resultado al molino triturador de dos cuchillas giratorias
y dos cuchillas móviles, con un total de 9.8 puntos, que es el más idóneo y aceptable
para el diseño y construcción. La alternativa seleccionada tendrá una capacidad de
producción de 10 kg / h para un servicio diario de trabajo de 8 horas. Se debe tomar
muy en cuenta que dentro de nuestro medio, la máquina que se eligió no tenga
problemas de elección de materiales y procesos de fabricación al ser utilizados en el
maquinado y diseño para la construcción.
ESTUDIO DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA
Después de escogida la alternativa más idónea, el proyecto se debe encaminar a la
realización de un análisis que permita una profundización más amplia y detallada de
la funcionalidad de este equipo. El análisis se fundamenta en los siguientes términos:
Funcionamiento del molino triturador.
Materiales a ser utilizados en su construcción.
Aplicación de técnicas y normas de construcción.
Sistemas de fijación y unión de elementos.
Siendo factores que afectan directamente en la calidad, apariencia y normas de uso;
Factores que son de importancia para la aceptación del proyecto.
FUNCIONAMIENTO DEL MOLINO TRITURADOR.
Es un proceso puramente mecánico y su funcionamiento general es el siguiente:
Al encender el molino triturador por medio del interruptor de ignición empieza a girar
el motor eléctrico este movimiento es transmitido al eje porta cuchillas a través de
poleas y correas de transmisión, girando así el eje que contiene las cuchillas móviles
de corte. La materia prima es introducida por la tolva que se encuentra en la parte
superior del molino, cuando el material es presionado entre las cuchillas fijas y las
cuchillas móviles se produce el corte. El plástico cortado se mantiene en la cámara
demolido para seguir siendo arrastrado y cortado hasta alcanzar las dimensiones
adecuadas para pasar por el tamiz que puede tener orificios desde 0,4 mm hasta
0,14 mm de diámetro. Esta malla se encuentra en la parte inferior del triturador que
es la parte de descarga o fin del proceso.
Los tres tipos de trituradores mencionados anteriormente tienen el mismo principio
de funcionamiento la única diferencia entre ellos es la forma y dimensiones del eje
porta cuchillas, el número de cuchillas móviles, el aspecto físico en la estructura y la
cantidad de producción por hora.
MATERIALES A SER UTILIZADOS EN SU CONSTRUCCIÓN
Al encontrar en el mercado local una gran variedad de productos de acero de las
normas ASTM, AISI, SAE, INEN y ASSAB tales como ejes redondos, ejes
rectangulares, planchas de acero de espesores muy delgados hasta los más
gruesos, perfiles estructurales en diferentes dimensiones, formas y espesores para la
aplicación de acuerdo a la necesidad; Y partiendo como base al estudio de diseño y
selección de elementos, todas las partes que forman el molino triturador están
construidas en acero, variando para su utilización únicamente el tipo de material,
espesor, calidad y norma de fabricación.
APLICACIÓN DE TÉCNICAS Y NORMAS DE CONSTRUCCIÓN
Para dar configuración de acuerdo al diseño de cada elemento que conforman la
máquina se utilizaran todas las técnicas de conformado para el acero ya sea por medio
de arranque de viruta, esmerilado, perforado y pulido con el uso de maquinaria destinada
al torneado, fresado y rectificado.
SISTEMAS DE FIJACIÓN Y UNIÓN DE ELEMENTOS.
El molino triturador consta de elementos que deben ser fijados entre sí por medio de
elementos roscados es decir pernos y tuercas en el mercado local se encuentra una
gran variedad de ellos bajo la norma SAE y con distintos grados de dureza, dan
garantía y seguridad a los elementos que unen entre sí. Los elementos que se
encuentran unidos con pernos y tuercas son: Los rodamientos de pared, el tamiz, el
protector de correas de transmisión, el motor eléctrico las cuchillas fijas y móviles. El
molino triturador también posee partes tales como las placas que forman la cámara
de molienda y la estructura soporte, tienen que ser unidos entre sí para formar el
elemento propiamente detallado. La unión por soldadura por arco eléctrico con
electrodo revestido es una técnica segura, económica y proporciona una buena
estética al producto terminado.
DISEÑO, CÁLCULO Y SELECCIÓN DE ELEMENTOS
Para dar principio al proceso de cálculo, diseño y selección de elementos que
componen el molino triturador se determinan las dimensiones generales de acuerdo
a condiciones de labor, después de un proceso de observación y el afán de cumplir
con los requerimientos de los operarios de mejorar sustancialmente la productividad.
La altura de trabajo, debe permitir la operación de una persona que trabaje en
posición erguida, colocación que facilita la labor debido a condiciones ergonómicas
tomando en consideración que el propósito de este proyecto es que el operario
realice el mínimo esfuerzo en cada operación y de fácil mantenimiento. El molino
triturador es una máquina que será ubicad a en un sitio específico de trabajo. Razón
por la cual, favorece en la utilización de un motor eléctrico como el sistema principal
de accionamiento mecánico, proporcionando ventajas tales como disminución de
ruido, mayor economía en el uso de energía y bajo costo en su mantenimiento. La
utilización de correas tipo V para la transmisión de fuerza y movimiento para la
máquina es una opción de gran ventaja en el desarrollo del proyecto, ya que al usar
una banda de transmisión se obtiene una mayor eficiencia, disminución de ruido y un
bajo costo económico; En comparación con las transmisiones por cadena y piñones.
De igual manera para el cálculo de ejes se obtendrá el material adecuado con su
respectiva dureza para la fabricación del eje rotor.
La elección de rodamientos, chumaceras, cuchillas y pernos se fundamentará en el
análisis de fuerzas, y la ayuda de manuales o catálogos.
Para otros elementos que componen el triturador para plástico como son la
estructura electrosoldada para el cuerpo y soporte del eje, la tolva de alimentación, el
tamiz de cernimiento, se emplearán los respectivos centros de gravedad, fuerzas,
parámetros de funcionamiento y de diseño para su construcción.